DE3620491C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 32 07 569 oder DE-OS 33 30 824 bekannt. The invention relates to a method according to the Preamble of claim 1. Such a method is z. B. from DE-OS 32 07 569 or DE-OS 33 30 824 known.  

Mit Hilfe derartiger Prüfverfahren lassen sich Werkstoffproben entweder in Form eines kontinuier­ lich hergestellten Produktes, wie eines Rohres oder eines Drahtes, oder aber in Form einzelner Probenstücke untersuchen und überwachen.With the help of such test methods Material samples either in the form of a continuous Lich manufactured product, such as a pipe or a wire, or in the form of individual Examine and monitor specimens.

Dabei stellt sich häufig das Problem, daß bei einer bestimmten Einstellung der Meßparameter die einer bestimmten Probenart zugehörigen Meßpunkte näher an den einer anderen Probenart zugehörigen Meßpunkten liegen, während bei einer anderen Para­ meterwahl die Entfernung größer ist. Dabei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß die Meßpunkte für eine bestimmte Probenart nicht - wie dies im Idealfall wünschenswert wäre - jeweils deckungs­ gleich aufeinanderliegen, sondern z.B. durch lokal unterschiedliche Gefügezustände aufgrund einer nicht völlig homogenen Wärmebehandlung oder mechani­ schen Bearbeitung an unterschiedlichen Punkten in der komplexen Ebene zu liegen kommen, wobei diese Abweichungen noch von der jeder physikalischen Messung immanenten Meßungenauigkeit überlagert werden. Dementsprechend stellen die Meßpunkte selbst ein und derselben Probenart ein Streufeld dar, welches bei der Darstellung der Meßpunkte in der komplexen Ebene eine durchaus nicht vernach­ lässigbare Ausdehnung haben kann.The problem often arises that a certain setting of the measurement parameters the measuring points associated with a certain type of sample closer to that of another type of sample Measuring points lie, while another Para meter distance the distance is greater. It is in particular to take into account that the measuring points not for a particular type of sample - like this ideally it would be desirable - cover in each case lie directly on top of each other, but e.g. through locally different structural states due to a not completely homogeneous heat treatment or mechani processing at different points come to lie in the complex plane, whereby these deviations still differ from that of any physical Measurement immanent measurement inaccuracy superimposed will. The measurement points accordingly even one and the same type of sample a stray field represents which in the representation of the measuring points not at all neglected in the complex level can have a noticeable expansion.

Dies führt dazu, daß bei bestimmten Meßparameterein­ stellungen die im Idealfall ermittelten Meßpunkte zweier zu differenzierender Probenarten zwar noch voneinander getrennt werden können, daß unter Berücksichtigung des realen Streufeldes aber eine zufriedenstellende Auflösung nicht mehr erzielbar ist. Dementsprechend ist es für die Durchführung einer optimalen Messung äußerst wünschenswert, solche Meßparameter aufzufinden, welche sich für eine Differenzierung möglichst gut eignen.This means that with certain measurement parameters positions the ideally determined measuring points two different types of sample to be differentiated can be separated from each other under Consideration of the real stray field but one satisfactory resolution can no longer be achieved is. Accordingly, it is for the implementation  an optimal measurement extremely desirable, such Finding measurement parameters which are suitable for differentiation are as good as possible.

Aus H. Heptner, H. Stroppe: Magnetische und magnetinduktive Werkstoffe; 2. Auflage, Leipzig 1969, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Seite 261 bis 268, Seite 243, Seite 245 ist es an sich bekannt, die unterschiedlichen Meßparametern zuzuordnenden Streufelder zu untersuchen und die Parameter so auszuwählen, daß die Streufelder einen möglichst großen Abstand voneinander haben. Eine derartige Auswahl läßt sich gemäß diesem Stand der Technik deshalb relativ leicht treffen, weil in sämtlichen dort beschriebenen Beispielen die Längsachsen der Streufelder parallel zueinander liegen, d. h. der Abstand der Streufelder läßt sich einfach durch die geometrische Abstandsdefinition, d. h. die Länge der senkrechten Verbindungsstrecke zweier benachbarter Längsachsen definieren.From H. Heptner, H. Stroppe: Magnetic and Magnetic Inductive Materials; 2nd edition, Leipzig 1969, VEB German publishing house for basic material industry, page 261 to 268, page 243, page 245 it is known per se to assign the different measurement parameters To investigate stray fields and select the parameters so that the stray fields are as far apart as possible from each other. Such a choice leaves therefore relative according to this prior art easy to hit, because in all described there Examples are the longitudinal axes of the stray fields parallel lie to each other, d. H. the distance of the stray fields can be easily determined by the geometric distance definition, d. H. the length of the vertical link define two adjacent longitudinal axes.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches das Auffinden einer optimalen Meßparametereinstellung zur Differenzierung von zu untersuchenden Probenarten gestattet, wobei dieses Verfahren auch vollautomatisch durchführbar sein soll, so daß es erforderlichenfalls auch ohne willkürliche Beurteilung und Einflußnahme durch eine Bedienungsperson zur Einstellung der jeweils günstigsten Meßverhältnisse geeignet ist. Proceeding from this, the object of the invention is a procedure of the type mentioned at the beginning create, which the finding of an optimal measurement parameter setting to differentiate from those to be examined Specimen types allowed using this procedure should also be fully automatic, so that if necessary even without arbitrary judgment and influence by an operator for setting the most favorable measuring conditions suitable is.  

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, daß eine möglichst gute Auflösung im praktischen Meß- und Untersuchungsbetrieb nicht allein dadurch gewonnen werden kann, daß die Meßgeräteeinstellung so erfolgt, daß die für die jeweiligen Probenarten zu erwartenden "Idealmeßpunkte" einen möglichst großen Abstand voneinander haben, wie dies an sich naheliegend erscheint, sondern daß darüber hinaus die Form des realen Streufeldes um jeden "Idealmeßpunkt" berücksichtigt werden muß. Insoweit wurde in umfangreichen Untersuchungen insbesondere festgestellt, daß die Streufelder in der Regel nicht eine isotrope, d.h. gleichmäßige Verteilung um den "Idealpunkt" herum aufweisen, sondern daß diese Verteilung anisotrop ist, d.h. eine Vorzugsrichtung z.B. bezogen auf die reale Achse der komplexen Ebene aufweist. Dabei ist diese Vorzugsrichtung gemäß den im Rahmen der Erfindung gewonnenen Erkenntnissen keineswegs für alle Meßpunkte die gleiche, so daß also die Streufelder der Meßpunkte, welche zwei unterschiedlichen Probenarten zuzuordnen sind, durchaus eine ganz unterschiedliche Streufeld-Anisotropie aufweisen können.To achieve this object, the invention is based on the realization that the best possible resolution in the practical measurement and investigation operation not alone can be obtained in that the meter setting is done so that for the respective sample types the "ideal measuring points" to be expected have a large distance from each other like this seems obvious, but that beyond the shape of the real stray field around each "ideal measuring point" must be taken into account. To that extent extensive investigations in particular found that the stray fields are usually not one isotropic, i.e. even distribution around the "ideal point" around, but that this distribution is anisotropic, i.e. a preferred direction e.g. based pointing to the real axis of the complex plane. Here is this preferred direction in accordance with the Knowledge gained by no means for everyone Measuring points the same, so that the stray fields of the Measuring points, which are two different types of samples are quite different Stray field anisotropy can have.

Ausgehend hiervon wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.Based on this, the above task solved by the features of the characteristic part of claim 1.

Durch dieses erfindungsgemäße Vorgehen wird für die Auswahl der optimalen Meßparametereinstellung ein bisher nicht berücksichtigtes, sehr wesentliches Kriterium an die Hand gegeben. Durch Bestimmung der Vorzugsrichtung der Anisotropie ist es nämlich möglich, gegebenenfalls eine Meßparametereinstellung zu bevorzugen, welche gegenüber einer anderen Meßparametereinstellung zwar schwerpunktmäßig näher beieinanderliegende Idealmeßpunkte liefert, welche aber gleichwohl eine bessere Differenzierung gestattet, weil die Streufeld-Anisotropie z.B. im wesentlichen senkrecht zur Abstandsgeraden der Idealmeßpunkte verläuft, d.h. die in Betracht stehenden Streufelder mit ihren sämtlichen Einzelmeßpunkten einen gut auflösbaren Abstand voneinander aufweisen. Demgegenüber ist es andererseits vorstellbar, daß bei einer bestimmten Meßparametereinstel­ lung zwar die Idealmeßpunkte zweier unterschied­ licher Probenarten relativ weit voneinander entfernt liegen, daß sich die Streufelder dieser idealen Meßpunkte aber aufeinanderzu erstrecken, so daß ein Auseinanderhalten schwieriger oder bei einer Überlappung der Streufelder praktisch unmöglich wird.Through this procedure according to the invention for Selection of the optimal measurement parameter setting so far very important criterion not taken into account given to the hand. By determining the preferred direction anisotropy it is possible  if necessary, to prefer a measurement parameter setting, which compared to another measurement parameter setting mainly closer together Provides ideal measuring points, which nevertheless allows better differentiation because the Stray field anisotropy e.g. essentially vertical runs to the distance line of the ideal measuring points, i.e. the stray fields under consideration with all of them Single measuring points a well resolvable distance from each other. On the other hand, it is conceivable that with a certain measurement parameter setting the ideal measuring points of two differences sample types relatively far apart are distant that the stray fields of these ideal measuring points to extend to each other, so that it’s more difficult to tell apart or at one Overlap of the stray fields becomes practically impossible.

Anspruch 2 gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens an.Claim 2 gives an advantageous embodiment of the method according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen The invention based on a preferred Embodiment in connection with the drawing described in more detail. Show  

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Hüllkurven von Streufeldern in der komplexen Ebene für zwei verschiedene Meß-Frequenzen f ₁ und f ₂ und Fig. 1 is a schematic representation of the envelopes of stray fields in the complex plane for two different measuring frequencies f ₁ and f ₂ and

Fig. 2 und 3 die Darstellung der Streufelder zweier unterschiedlicher Probenarten bei einer Meßfrequenz von 25 KHz bzw. 1,6 KHz. Figs. 2 and 3, the representation of the stray fields of two different types of samples at a measurement frequency of 25 KHz and 1.6 KHz.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die einzelnen Meßpunkte unterschiedlicher Probenarten nicht dargestellt, sondern der Übersichtlichkeit halber lediglich im Ausführungsbeispiel als Ellipsen ausgestaltete Hüllkurven mit den Mittelpunkten M ₁₁ bzw. M ₂₁ bei der Frequenz f ₁ und M ₁₂ bzw. M₂₂ bei der Frequenz f₂. Zur Auswahl des geeigneten Meßparameters, im Ausführungsbeispiel also der entsprechenden Frequenz f wird der Abstand der Streufelder um die Mittelpunkte M ₁₁ bzw. M ₂₁ und M ₁₂ bzw. M ₂₂ herangezogen. Der rein geometrische Abstand wird jedoch gewichtet durch die Anisotropie der Streufeldverteilung, welche bestimmt werden kann durch den Winkel α zwischen der großen Halbachse der jeweiligen Ellipse und der areellen Achse der komplexen Ebene, den Betrag der großen Halbachse jeder Ellipse und den Betrag der kleinen Halbachse jeder Ellipse. Für eine mathematische Auswertung sind weiterhin die Koordinaten der Mittelpunkte M der verschiedenen Ellipsen von Bedeutung.In the illustration of the method according to the invention shown in FIG. 1, the individual measuring points of different types of samples are not shown, but for the sake of clarity only envelope curves designed as ellipses in the exemplary embodiment with the center points M ₁₁ or M ₂₁ at the frequency f ₁ and M ₁₂ or M ₂₂ at the frequency f ₂. The distance of the stray fields around the center points M ₁₁ or M ₂₁ and M ₁₂ or M _{22 is} used to select the suitable measurement parameter, ie the corresponding frequency f in the exemplary embodiment. However, the purely geometrical distance is weighted by the anisotropy of the stray field distribution, which can be determined by the angle α between the large semiaxis of the respective ellipse and the arelle axis of the complex plane, the amount of the large semiaxis of each ellipse and the amount of the small semiaxis of each Ellipse. The coordinates of the center points M of the various ellipses are also important for a mathematical evaluation.

Die erfindungsgemäß vorgesehene und auf ganz unter­ schiedliche Art und Weise vornehmbare Gewichtung des Abstandes der Streufelder, d.h. des Abstandes der Mittelpunkte der Streufelder, wird nun im Ausführungsbeispiel so vorgenommen, daß die den Mittelpunkten M umschriebenen Ellipsen gleichförmig, d.h. mit dem gleichen Streckfaktor, zentrisch so gestreckt werden, daß sich die Hüllkurven gerade berühren. Dies ist durch die Einzeichnung von Kurvenscharen mit verschiedenen Streckfaktoren (1,5; 2; 2,5) in Fig. 1 veranschaulicht.The weighting of the spacing of the stray fields, ie the spacing of the centers of the stray fields, which is provided according to the invention and can be carried out in a very different manner, is now carried out in the exemplary embodiment such that the ellipses circumscribed by the center points M are uniform, ie with the same stretching factor, centrically so be stretched so that the envelopes just touch. This is illustrated by the drawing of families of curves with different stretching factors ( 1.5 ; 2 ; 2.5 ) in FIG. 1.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsfaktor wird eine Berührung der Hüllkurven bei einem Streck­ faktor von 2,5 bei der Frequenz f ₁ und beim Streck­ faktor von 3 bei der Frequenz f ₂ erreicht.In the execution factor shown in FIG. 1, the envelopes are touched at a stretch factor of 2.5 at the frequency f ₁ and at a stretch factor of 3 at the frequency f ₂ .

Als Kriterium für die Auswahl des zu bevorzugenden Meßparameters wird nun vorgegeben, daß derjenige Meßparameter, d.h. im Beispiel diejenige Frequenz, heranzuziehen ist, bei welchem der Streckfaktor maximal ist. Dies bedeutet, daß im gewählten Beispiel bei der Frequenz f ₂ gemessen werden würde, obwohl der geometrische Abstand der Mittelpunkte M ₁₂ und M ₂₂ kleiner ist als der geometrische Abstand der Mittelpunkte M ₁₁ und M ₂₁. As a criterion for the selection of the measurement parameter to be preferred, it is now specified that the measurement parameter, ie in the example the frequency, at which the stretching factor is maximum is to be used. This means that, in the example chosen, measurements would be carried out at the frequency f ₂ , although the geometric distance between the center points M ₁₂ and M _{22 is} smaller than the geometric distance between the center points M ₁₁ and M ₂₁ .

In Fig. 2 und 3 sind Darstellungen der Meßwerte in der komplexen Ebene veranschaulicht, wie sie bei unterschiedlichen Frequenzen, nämlich bei 25 KHz bzw. 1,6 KHz bei Messungen an Stahllegierungen VA4404 (Meßpunkte als Rauten dargestellt) und VA4571 (Meßpunkte als Striche dargestellt) gewonnen wurden.In FIGS. 2 and 3 are diagrams illustrating the measured values in the complex plane as (shown measuring points as diamonds) at different frequencies, namely at 25 KHz or 1.6 KHz with measurements on steel alloys VA4404 and VA4571 (measurement points shown as dashes ) were won.

Diese Messungen zeigen, daß die Anisotropie und die Richtung der anisotropen Verteilung der Streufel­ der bei unterschiedlichen Frequenzen ganz signifikant verschieden ist, und daß dementsprechend die Berück­ sichtigung dieser Anisotropie einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des Auflösungsvermögens und der Differenzierungssicherheit bietet.These measurements show that the anisotropy and the direction of the anisotropic distribution of the stray which is quite significant at different frequencies is different, and that accordingly the Berück Consideration of this anisotropy is essential Contribution to the improvement of the resolving power and offers differentiation security.

Claims (2)

1. Verfahren zur Prüfung bzw. Bestimmung von Werkstoffen bzw. Werkstoffeigenschaften mit einem Wirbelstrom- Prüfgerät, insbesondere zur Unterscheidung oder Wiedererkennung von Metallen, Metallegierungen und Metallgefügen nach Wärmebehandlungen oder Kaltverfestigungen, wobei eine Sendespule mit einer Frequenz zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem zu prüfenden Werkstück betrieben und über eine Auswerteeinrichtung die Rückwirkung gemessen und die Meßwert-Vektoren in der komplexen Ebene dargestellt werden, wobei veränderbare Meßparameter wie Frequenz, Spulenstrom, Vormagnetisierung, Form des Erregerfeldes einstellbar sind, wobei die Anisotropie des Streufeldes der Meßwert-Vektoren in der komplexen Ebene erfaßt wird, wobei eine Reihe von Probemessungen mit variierenden Meßparametern an den zu bestimmenden bzw. zu unterscheidenden Proben durchgeführt wird und die gegebenenfalls unterschiedlichen Richtungen der Anisotropen der einzelnen Streufelder der zu bestimmten Probenarten und Parametereinstellungen gehörenden Meßpunkte in der komplexen Ebene erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die sich an die Probemessungen anschließenden Serienuntersuchungen zunächst die Anisotropie eines jeden Meßpunkt- Streufeldes dadurch festgelegt wird, daß eine anisotrope Hüllkurve, wie ein Rechteck, eine Ellipse od. dgl. dem Streufeld so zugeordnet wird, daß um die Meßpunkte eines Streufeldes eine kleinstmögliche Hüllkurve gelegt wird, und daß dann ermittelt wird, welche der den zu untersuchenden Proben zugehörigen Streufelder einen möglichst großen Abstand derart aufweisen, daß wenn die Hüllkurven zentrisch so gestreckt werden, sie sich gerade berühren, wobei der maximale der so ermittelten Streckfaktoren als maximaler Abstand definiert wird, und daß diejenigen Meßparameter ausgewählt werden bei welchen der Abstand maximal ist. 1. Method for testing or determining materials or material properties with an eddy current tester, in particular for distinguishing or recognizing metals, metal alloys and metal structures after heat treatments or work hardening, wherein a transmitter coil with a frequency for generating eddy currents in the workpiece to be tested operated and the feedback is measured via an evaluation device and the measured value vectors are displayed in the complex plane, wherein variable measurement parameters such as frequency, coil current, bias, shape of the excitation field can be set, the anisotropy of the stray field of the measured value vectors being recorded in the complex plane a series of sample measurements with varying measurement parameters is carried out on the samples to be determined or differentiated and the possibly different directions of the anisotropes of the individual stray fields of the samples to be determined ten and parameter settings associated measuring points are detected in the complex plane, characterized in that for the series measurements following the test measurements, the anisotropy of each measuring point stray field is first determined in that an anisotropic envelope, such as a rectangle, an ellipse or the like is assigned to the stray field in such a way that the smallest possible envelope curve is placed around the measuring points of a stray field, and it is then determined which of the stray fields belonging to the samples to be examined are spaced as far apart as possible in such a way that if the envelope curves are stretched centrically, they just touch, the maximum of the stretching factors determined in this way being defined as the maximum distance, and that those measuring parameters are selected for which the distance is maximum. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Werkstoffunterscheidung bzw. -erkennung diejenige Einstellung der Meßparameter gewählt wird, bei der der Abstand der Hüllkurven um die Meßwert-Streufelder verschiedener Probenarten gewichtet durch die Größe der Anisotropie des jeweiligen Streufeldes maximal ist.2. The method according to claim 1, characterized in that that for material differentiation or recognition that setting of the measurement parameters selected where the distance between the envelopes is around the Measured value stray fields of different types of samples weighted by the size of the anisotropy of the respective stray field is maximum.